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T.E.S.S.

  • 22 maggio 2018

Il Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) è un telescopio spaziale per il “NASA’s Explorers program”, progettato per la ricerca di pianeti extrasolari (esopianeti) con il metodo del transito in un’area 400 volte più grande di quella coperta dalla missione Keplero missione. È stato lanciato il 18 aprile 2018 e si prevede che possa trovare più di 20.000 esopianeti, rispetto ai circa 3.800 noti al momento del lancio. L’obiettivo principale della missione è quello di esaminare le stelle più luminose vicino alla Terra per transitare sugli esopianeti per un periodo di due anni. Il progetto TESS utilizzerà una serie di telecamere ad ampio spettro per eseguire un’indagine a cielo aperto. Con TESS sarà possibile studiare la massa, le dimensioni, la densità e l’orbita di un vasto insieme di piccoli pianeti, incluso un campione di mondi rocciosi nelle zone abitabili delle loro stelle ospiti. TESS fornirà i primi obiettivi per un’ulteriore caratterizzazione del James Webb Space Telescope, così come altri grandi telescopi terrestri e spaziali del futuro.

TESS utilizzerà una nuova orbita altamente ellittica con un apogeo alla stessa distanza della Luna, in risonanza 2:1, quindi l’orbita dovrebbe rimanere stabile per almeno 10 anni. Precedenti indagini sul cielo con telescopi a terra hanno rilevato principalmente esopianeti giganti. Al contrario, TESS esaminerà un gran numero di piccoli pianeti attorno alle stelle più luminose del cielo. TESS registrerà le stelle in sequenza più vicine e più luminose che ospitano i pianeti extrasolari in transito, che sono gli obiettivi più favorevoli per indagini dettagliate. Guidato dal Massachusetts Institute of Technology con il finanziamento iniziale da parte di Google, TESS è stata una delle 11 proposte selezionate per i finanziamenti NASA nel settembre 2011, in diminuzione rispetto ai 42 originariamente presentati nel febbraio di quell’anno. Il 5 aprile 2013 è stato annunciato che TESS, insieme al Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER), era stato selezionato per il lancio.

Storia

La genesi di TESS è iniziata già nel 2006, quando è stato sviluppato un progetto con finanziamenti privati da parte di Google e The Kavli Foundation. Nel 2008, il MIT propose che TESS diventasse una missione completa della NASA e la presentò per il programma Small Explorer al Goddard Space Flight Center, ma non fu selezionata.

È stata ripresentata nel 2010 come missione del programma Explorers ed è stata approvata nel 2013 come missione Medium Explorer. TESS ha approvato la sua Critical Design Review (CDR) nel 2015, consentendo l’avvio della produzione del satellite.

Panoramica della missione

TESS è progettato per eseguire il primo sondaggio sull’esopianeta in transito nello spazio. È equipaggiato con quattro telescopi grandangolari e rilevatori Charge-Coupled Device (CCD) associati. I dati scientifici verranno trasmessi alla Terra ogni due settimane. Verranno inoltre trasmesse immagini a fotogramma intero con un tempo di esposizione effettivo di due ore, che consentiranno agli scienziati di rilevare fenomeni imprevisti e transitori, come quelli ottici relativi alle esplosioni di raggi gamma. TESS utilizzerà anche un programma di tipo Guest Investigator, che consentirà agli scienziati di altre organizzazioni di utilizzare il satellite per le proprie ricerche. Ciò consentirà di osservare altri 20.000 corpi celesti.

Dinamica orbitale

Per ottenere immagini libere degli emisferi nord e sud del cielo, TESS utilizzerà un’orbita risonante lunare 2:1 chiamata P/2, un’orbita che non è mai stata utilizzata prima (sebbene IBEX utilizzi un’orbita P/3 simile). L’orbita, altamente ellittica, ha un apogeo di 373.000 km (232.000 miglia), programmato per essere posizionato a circa 90° dalla Luna per minimizzare il suo effetto destabilizzante. Questa orbita dovrebbe rimanere stabile per decenni e manterrà le telecamere di TESS in un intervallo di temperatura stabile. L’orbita è

completamente al di fuori delle fasce di Van Allen per evitare danni da radiazioni e la maggior parte dell’orbita è molto al di fuori delle fasce. Ogni 13,7 giorni nel suo perigeo di 108.000 km (67.000 miglia), TESS esegue il downlink dei dati raccolti durante l’orbita sulla Terra per un periodo di circa tre ore.

Obiettivi scientifici

Il sondaggio di due anni di TESS si concentrerà sulle stelle di tipo G , K e M vicine con magnitudo apparente più luminosa di 12. Verranno studiate circa 500.000 stelle, incluse le 1.000 nane rosse più vicine in tutto il cielo, un’area, come detto, 400 volte più grande di quella coperta dalla missione Kepler. TESS dovrebbe scoprire oltre 20.000 pianeti extrasolari in transito, tra cui 500-1000 pianeti di dimensioni terrestri e superiori. Di quelle scoperte, una ventina stimata potrebbe essere di quest’ultimo tipo, situata nella zona abitabile attorno a una stella. L’indagine è suddivisa in 26 settori di osservazione ed ogni settore è di 24° x 96°, con una sovrapposizione di settori ai poli eclittici per consentire

una maggiore sensibilità verso esopianeti di periodo inferiore e superiore in quella regione della sfera celeste. Il satellite percorrerà due orbite di 13,7 giorni osservando ciascun settore, mappando l’emisfero meridionale del cielo nel suo primo anno di attività e l’emisfero settentrionale nel suo secondo anno. Le telecamere effettivamente scattano immagini ogni 2 secondi, ma tutte le immagini “raw” rappresenterebbero un volume di dati molto maggiore di quello che può essere memorizzato o trasmesso in downlink, così i dati ritagliati attorno a 15.000 stelle selezionate (per orbita) saranno aggiunti a cadenza di 2 minuti e salvati su scheda per il downlink, mentre le immagini a fotogramma intero saranno aggiunte a 30 minuti di cadenza e salvate per il downlink. I downlink di dati effettivi si avranno ogni 13,7 giorni vicino al perigeo. I periodi di visione continua di TESS sono: aree standard 27 giorni, aree di visualizzazione sovrapposte 54 giorni, 81 giorni, 181 giorni e 351 giorni ai poli dell’eclittica, comprese le zone di visualizzazione continua JWST (James Webb Space Telescope).

Spacecraft

Nel 2013 Orbital Sciences ha ricevuto un contratto quadriennale da 75 milioni di dollari USA per la costruzione di TESS per la NASA. TESS utilizza un bus satellitare LEOStar-2 di Orbital Sciences, in grado di stabilizzarsi su tre assi utilizzando quattro propulsori di idrazina più quattro ruote di reazione che forniscono un controllo di puntamento eccellente di oltre tre secondi d’arco. L’alimentazione è fornita da due array solari a un asse che generano 400 W. Un’antenna parabolica in banda Ka fornirà 100 Mbit/s in downlink. Il valore totale del contratto è di 87 milioni di dollari USA.

Orbita operativa

Dopo una manovra di regolazione del periodo finale, il satellite dovrebbe raggiungere un periodo orbitale di 13,65 giorni alla desiderata risonanza 2:1 con la Luna, con uno sfasamento di 90 gradi rispetto alla luna all’apogeo. Si prevede che questa orbita sia stabile per almeno 20 anni a che l’intera fase di manovra impiegherà un totale di due mesi portando il satellite in un’orbita eccentrica (17-75 radianti terrestri) con un’inclinazione di 37 gradi. Il butget delta-v totale per le manovre in orbita è di 215 m/s, che corrisponde all’80% delle riserve totali disponibili della missione. Se TESS ricevesse un inserimento da parte del Falcon sull’orbita o leggermente sopra l’orbita nominale 9, sarebbe possibile una durata teorica della missione superiore a 15 anni dal punto di vista dei materiali di consumo.

Cronologia progetto

Per i primi due anni di attività, TESS monitorerà sia l’emisfero meridionale (anno 1) che l’emisfero settentrionale (anno 2). Durante la sua missione, TESS dividerà il cielo in 26 segmenti separati, con ciascun segmento che richiede circa 27,4 giorni.

Strumento scientifico

L’unico strumento su TESS è un pacchetto di quattro telecamere CCD wide-field-of-view. Ogni telecamera è dotata di un rilevatore CCD da 16.8 megapixel a basso rumore e bassa potenza, creato dal MIT Lincoln Laboratory. Ciascuno ha un campo visivo di 24° x 24°, un “diametro pupilla” effettivo di 100 mm (4 pollici), un gruppo ottico con sette elementi ottici e un filtro passa banda da 600 a 1.000 nm. Gli obiettivi TESS hanno un campo visivo combinato di 24° x 96° (2.300° gradi di superficie, circa il 5% dell’intero cielo) e un rapporto focale di f/1.4.

Operazioni a terra

Il sistema di terra di TESS è suddiviso tra otto siti negli Stati Uniti. Questi includono la Space Network della NASA e la Deep Space Network del Jet Propulsion Laboratory per il comando e la telemetria, il Mission Operations Center di Orbital ATK, il Payload Operations Center del MIT, lo Science Processing Operations Center di Ames Research Center, Flight Dynamics Facility di Goddard Space Flight Center, il TESS Science Office e il Mikulski Archive for Space Telescopes di Smithsonian Astrophysical Observatory. Fonte di luce stabile per i test Uno dei problemi che affliggono lo sviluppo di questo tipo di strumenti è avere una sorgente di luce ultra-stabile su cui fare i test. Nel 2015, un gruppo dell’Università di Ginevra ha fatto un passo avanti nello sviluppo di una fonte di luce stabile.  Mentre questo strumento è stato creato per supportare l’osservatorio sui pianeti extrasolari di CHEOPS dell’ESA, uno è stato commissionato anche dal programma TESS. Sebbene entrambi progetti permettano di guardare le stelle vicine luminose usando il metodo di transito, CHEOPS si concentra sulla raccolta di più dati su pianeti extrasolari noti, compresi quelli trovati da TESS e da altre missioni di rilevamento.

Astrosismologia

Il team di TESS prevede anche di rispettare una cadenza di osservazione di 30 minuti per immagini di tipo full-frame, che è stato fissato per imporre un limite di Nyquist forte: questo può essere problematico per l’asterosismologia delle stelle. Gli osservatori di Keplero e PLATO sono anche destinati all’Astrosismologia.

La Redazione.



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